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地基处理常识
董宝志
2015年2月
一、地基与基础的概念
1、基础:建筑物上部承重结构向下的延伸和扩大,它承受建筑物的全部荷载,并把这些荷载连同本身的重量一起传到地基上。
建筑物的基础,一般按其构造形式分类:条形基础、独立基础、井格基础、筏式基础、箱形基础和桩基础等。这里不再详述。
2、地基:承受由基础传来荷载的土层,不是建筑物的组成部分。其中:
持力层:具有一定的地耐力,直接承受建筑荷载, 并需进行力学计算的土层。
下卧层:持力层以下的土层。(下卧层最好是坚硬的土层)
基础示例图
地基的分类
天然地基:凡天然土层具有足够的承载力,不需经人工加固或改良便可作为建筑物地基。
如基岩。戈壁。
人工地基:当建筑物上部的荷载较大或地基的承载力较弱,须预先对土壤进行人工加固或改良后才能作为建筑物地基。我们讨论的都是人工地基。
如强夯后的地基,桩基等。
复合地基是指天然地基在地基处理过程中部分土体得到增强,或被置换,或在天然地基中设置加筋材料,加固区是由基体(天然地基土体或被改良的天然地基土体)和增强体两部分组成的人工地基。在荷载作用下,基体和增强体共同承担荷载的作用。根据复合地基荷载传递机理将复合地基分成竖向增强体复合地基和水平向增强复合地基两类,又把竖向增强体复合地基分成散体材料桩复合地基、柔性桩复合地基和刚性桩复合地基三种。
二、土力学常识
土的生成
1、什么是土
土的定义:地球表面30~80KM厚的范围是地壳。地壳中原来整体坚硬的岩石,经风化、侵蚀、搬运、沉积,形成固体矿物、水和气体的集合体称为土。(风化作用——是指地表或接近地表的坚硬岩石、矿物与大气、水及生物接触过程中产生物理、化学变化而在原地形成松散堆积物的全过程。侵蚀作用——包括岩石和矿物经由媒介如水、冰、风及重力等引起其移动与瓦解。搬运作用——是指地表和近地表的岩屑和溶解质等风化物被外营力搬往他处的过程,是自然界塑造地球表面的重要作用之一。风化作用伴有化学变化且不移动,侵蚀作用和搬运作用都是物理变化,且都会移动。两者区别在于,侵蚀作用会使物体瓦解,而搬运作用,只是移动而已。)
2、风化作用的概念、分类
由于外动力作用,使地表岩石或矿物在原地发生物理、化学变化的过程叫风化作用。
不同的风化作用,形成不同性质的土,风化作用有下列三种:
1)物理风化
岩石受风、霜、雨、雪的侵蚀,温度、湿度变化,不均匀膨胀与收缩,使岩石产生裂隙,崩解为碎块。这种风化作用,只改变颗粒形状及大小,不改变矿物成分,称为物理风化。由物理风化生成的为粗颗粒土,如碎石、卵石、砾石、砂土等。呈松散状态,总称无粘性土。
2)化学风化
岩石碎屑与水、氧气和二氧化碳等物质接触,使岩石碎屑发生了化学变化,改变了原来组成矿物的成分,产生了一种新的成分——次生矿物,土的颗粒变的很细,具粘结力,如粘土、粉质粘土,总称为粘性土。
3)生物风化
由动、植物和人类活动对岩体的破坏,称生物风化,例如开山、打隧道等活动形成的土,其矿物成分没有变化。
土的三相组成
土由固体矿物、液体水和气体三部分组成,称为土的三相组成。土的三相比例不同,土的状态和工程性质也不相同,例如:
固体+气体(液体=0)为干土,干粘土坚硬,干砂松散。
固体+液体+气体为湿土,湿的粘土多为可塑状态。
固体+液体(气体=0)为饱和土,饱和粉细砂受震动可能产生液化,饱和粘土地基沉降需很长时间才能稳定。
由此可见,研究土的工程性质,首先从最基本的,组成土的三相,即固体、水和气体本身开始研究。
土的固体颗粒
土的三相组成中,土的固体颗粒是决定土的工程性质的主要成分。
1、土粒的矿物成分
1原生矿物—由岩石经物理风化而成,其成分与母岩相同。
2次生矿物—岩屑经化学风化而成,其成分与母岩不同,为一种新矿物,颗粒细。
3腐植质—土中腐植质含量多,使土的压缩性增大。
2、土颗粒的大小与形状
土的大颗粒漂石,粒径d>200mm,土的细颗粒粘粒,d<,二者粒径相差几万倍。颗粒大小不同的土,其工程性质也各异。为了便于研究,把土的粒径按性质相近原则,划分为六个粒组。
土的粒径级配
自然界里的天然土往往由几种粒组混合而成,颗粒有粗有细,这种天然土如何表示,怎样定名?
通常,用土中各粒组的相对含量,占总重的百分数来表示,称为土的粒径级配。这是决定无粘性土工程性质的主要因素,以此作为土分类定名的标准。
粒径分析方法,工程中常用两种方法,配合使用。
1筛分法用一套标准筛,将粗粒土进行筛分。适用于粒径d>。
2比重计法根据土粒直径大小不同,在水中沉降的速度也不同的特性,用特制的比重计进行测定分析,适用于粒径d<。
如何判断土的级配是否良好
不均匀系数:Cu=d60/d10
曲率系数: Cc= d302/